Embora a umidade e a água se desgastem em toda a superfície externa das folhas traseiras, eles racham mais rapidamente na área entre as células solares por onde a luz do sol brilha. Os pesquisadores do NIST propõem que a degradação é pior porque o ácido acético, que se forma quando a luz solar atinge as camadas superiores emborrachadas, pode passar entre as células solares em direção às folhas traseiras, fazendo com que eles se decomponham de dentro para fora. Crédito:N. Hanacek / NIST
Ao contrário dos diamantes, os painéis solares não são para sempre. Raios ultravioleta, rajadas de vento e chuva forte os desgastam ao longo de sua vida.
Os fabricantes geralmente garantem que os painéis resistirão aos elementos por pelo menos 25 anos antes de sofrer quedas significativas na geração de energia, mas relatórios recentes destacam uma tendência de painéis falhando décadas antes do esperado. Para alguns modelos, houve um aumento no número de folhas traseiras rachadas - camadas de plástico que isolam eletricamente e protegem fisicamente as partes traseiras dos painéis solares.
A rachadura prematura foi amplamente atribuída ao uso generalizado de certos plásticos, como poliamida, mas a razão de sua rápida degradação não é clara. Ao examinar atentamente as folhas traseiras à base de poliamida rachada, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e colegas descobriram como as interações entre esses plásticos, fatores ambientais e arquitetura do painel solar podem estar acelerando o processo de degradação. Essas descobertas podem ajudar os pesquisadores no desenvolvimento de testes de durabilidade aprimorados e painéis solares de vida mais longa.
Rachaduras nas folhas traseiras geralmente aparecem primeiro perto de certas características - como o espaço em forma de grade entre as células solares produtoras de eletricidade azuis ou pretas - e podem, eventualmente, se propagar por toda a espessura de uma folha. Esses defeitos abrem caminho para que o oxigênio e a umidade se infiltrem e danifiquem o interior onde as células estão e também permitem que a corrente elétrica escape, riscos crescentes de eletrocussão.
Se deixado de fora por tempo suficiente, qualquer folha traseira baseada em plástico começará a se desfazer, mas nem todas as folhas traseiras são criadas iguais. Alguns plásticos se deterioram muito mais rapidamente do que outros.
"No período de 2010 a 2012, muitos módulos foram implantados contendo folhas traseiras à base de poliamida, que apresentou falha dramática de cracking em apenas quatro anos, apesar de atender aos requisitos padrão, "disse Xiaohong Gu, Engenheiro de materiais do NIST e co-autor do estudo.
Rachaduras costumam se formar nas folhas traseiras do painel solar em linhas retas, ao longo das lacunas entre as células solares. Crédito:NIST
Para chegar à raiz do problema de degradação da poliamida, Gu e sua equipe adquiriram amostras de backsheet de painéis solares implantados em regiões ao redor do globo, incluindo sites nos EUA, China, Tailândia e Itália. A maioria dos painéis, que estiveram em uso de três a seis anos, mostrou sinais claros de rachaduras prematuras.
Com as folhas traseiras desgastadas em mãos, os pesquisadores conduziram uma gama de testes químicos e mecânicos para examinar os padrões e a gravidade da degradação ao longo da profundidade das folhas. Os resultados, descrito no jornal Progresso em energia fotovoltaica: Pesquisa e Aplicações, mostraram que as áreas das chapas que sofreram as piores fissuras foram as que se tornaram mais rígidas. E curiosamente, as áreas mais frágeis estavam no lado interno das folhas, Disse Gu.
Como a qualidade do interior com paredes poderia diminuir mais rapidamente do que a camada externa exposta? Gu e sua equipe especularam que a degradação induzida pela luz solar da parte superior do encapsulante - um filme que envolve as células solares - produziu produtos químicos prejudiciais que desceram em direção às folhas traseiras, acelerando sua decadência. Se for verdade, o mecanismo proposto explicaria por que rachaduras se formam entre as células solares, já que os produtos químicos podem encontrar passagem para as costas por meio dessas regiões.
Os pesquisadores identificaram o ácido acético como o principal suspeito, como é conhecido por ser prejudicial à poliamida e é produzido durante a degradação de um polímero comumente usado como encapsulante, denominado acetato de etileno vinil (EVA). Para testar sua hipótese, os pesquisadores armazenaram várias tiras de poliamida em frascos de ácido acético e, em seguida, depois de cinco meses, analisou como eles se deterioraram em comparação com tiras colocadas no ar ou na água.
Sob o microscópio, rachaduras espelhadas nas folhas traseiras desgastadas apareceram na superfície das tiras de plástico expostas ao ácido acético, que parecia muito pior do que naqueles que estavam no ar ou na água. A análise química mostrou que os produtos de degradação da poliamida foram maiores nas tiras expostas ao ácido acético, fornecer evidências adicionais de que o ácido acelera a deterioração do material da camada inferior.
O estudo destaca a interação entre os componentes do painel solar (o encapsulante EVA e a folha traseira de poliamida, neste caso) como um fator potencialmente crítico a ser considerado ao projetar painéis solares que são construídos para durar.
Esses novos insights sobre falhas prematuras também podem se tornar valiosos para os pesquisadores do NIST e outros que buscam replicar o processo de degradação no laboratório como uma forma de testar e prever a longevidade dos componentes do painel solar.
